JP2004299017A

JP2004299017A - ドリル

Info

Publication number: JP2004299017A
Application number: JP2003097298A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Yanagida; 一也柳田; Koichiro Naruge; 康一郎成毛
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP3985713B2

Abstract

【課題】刃先部の表面に硬質皮膜を被覆して耐摩耗性の向上を図ったドリルであっても、切屑排出抵抗を低減して切屑詰まりの発生を防ぎ、かつ、形成される加工穴の内壁面粗さを小さくする。
【解決手段】刃先部１２の表面全体に硬質皮膜を被覆した後に、少なくとも切屑排出溝１３の内周面と刃先部１２のランド部１９におけるマージン部２０の表面とに対してポリッシュ加工を施すとともに、刃先部１２の先端逃げ面１３にはポリッシュ加工を施さない。ポリッシュ加工を施した部分の表面粗さＲａを、０．１μｍ〜０．４μｍの範囲に設定する。ポリッシュ加工を施していない部分の表面粗さＲａを、０．５μｍ以上に設定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削材に対して加工穴を形成するための穴明け加工に用いられるドリルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このようなドリルの一例としては、軸線回りに回転されるドリル本体の先端側部分である刃先部の外周に後端側に向けて延びる一対の切屑排出溝が軸線回りにねじれて形成され、これら切屑排出溝の内周面に形成されたすくい面と刃先部の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたものがあり、従来より、このようなドリルの刃先部の表面全体（刃先部の先端逃げ面、ランド部、切屑排出溝の内周面などの刃先部の表面全体）に対して硬質皮膜を被覆することにより、その耐摩耗性を向上させる技術が種々研究されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３２６１０７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなドリルでは、切屑排出溝の内周面におけるドリル回転方向前方側を向く部分の先端側が切刃のすくい面となっており、切刃によって生成された切屑が、このすくい面から切屑排出溝の内周面を摺接しつつ後端側に送り出されて排出されていくのであるが、上記のように、切屑排出溝の内周面まで比較的面粗さの大きい硬質皮膜によって被覆されていると、切屑排出抵抗が増大して切屑詰まりが生じやすくなるという問題があり、ひどい場合には、刃先部の折損に至るおそれまであった。
【０００５】
また、刃先部のランド部には、切屑排出溝のドリル回転方向後方側に隣接するマージン部が形成され、このマージン部が、穴明け加工によって形成される加工穴の内壁面と接触することによって、刃先部をガイドする役割を果たしているが、上記のように、形成される加工穴の内壁面に接触することになるマージン部の表面まで比較的面粗さの大きい硬質皮膜によって被覆されていると、加工穴の内壁面粗さの悪化を招くという問題があり、とくに、加工穴の内壁面との摩擦によってマージン部の表面粗さが小さくなるという現象が生じていない切削初期段階での、加工穴の内壁面粗さの悪化が顕著になっていた。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、刃先部の表面に硬質皮膜を被覆して耐摩耗性の向上を図ったドリルであっても、切屑排出抵抗を低減して切屑詰まりの発生を防ぐことができ、かつ、形成される加工穴の内壁面粗さを小さくすることができるドリルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、鋭意検討を続けた結果、耐摩耗性の向上を狙って刃先部の表面に硬質皮膜を被覆した後に、少なくとも切屑排出溝の内周面とマージン部の表面とに対してポリッシュ加工を施して、それらの表面粗さを小さく設定することにより、切屑排出抵抗の増大や加工穴の内壁面粗さの悪化という問題を解決できることを見出した。
【０００８】
このようなポリッシュ加工は、切屑排出抵抗を低減するとともに加工穴の内壁面粗さを小さくするという目的を考慮すると、少なくとも切屑排出溝の内周面とマージン部の表面とに対して施されていればよい、極端に言えば、硬質皮膜が被覆された刃先部の表面全体に対して施されていればよいことになるが、刃先部の先端逃げ面にまでポリッシュ加工を施して、その面粗さを小さく設定することは好ましくない。
【０００９】
これは、刃先部の被削材への食い付き時に、最初に被削材に接触する領域が刃先部の先端逃げ面となっているので、この先端逃げ面の面粗さが小さく設定されていると、食い付き時の刃先部がドリル本体の回転にともなって振られてしまうためである。
すなわち、刃先部が振られて安定した食い付きを行うことができなくなっていると、この刃先部を軸線方向の先端側に押し込んでいくときのスラスト力が上昇して、刃先部に対して大きな負荷がかかり、その寿命を低下させてしまうという問題や、マージン部にポリッシュ加工を施すことによって加工穴の内壁面粗さを改善しようとしたのにもかかわらず、この加工穴の入口付近の内壁面粗さを逆に悪化させてしまうという問題があったのである。
【００１０】
このようにしてなされた本発明は、軸線回りに回転されるドリル本体の先端側部分である刃先部の外周に後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝の内周面に形成されたすくい面と前記刃先部の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルにおいて、前記刃先部の表面に硬質皮膜が被覆されているとともに、少なくとも前記切屑排出溝の内周面と前記刃先部のランド部に形成されたマージン部の表面とに対してはポリッシュ加工が施されていて、かつ、少なくとも前記刃先部の先端逃げ面に対してはポリッシュ加工が施されていないことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明によれば、硬質皮膜を刃先部の表面に被覆することで、その耐摩耗性の向上を図る効果を得ることが可能でありながらも、生成される切屑が摺接する切屑排出溝の内周面をポリッシュ加工によって面粗さの小さい滑らかなものとしたことにより、切屑排出抵抗を減少させて切屑詰まりの発生を防ぎ、かつ、形成される加工穴の内壁面に接触することになるマージン部の表面を同じくポリッシュ加工によって面粗さの小さい滑らかなものとしたことにより、この加工穴の内壁面粗さを小さく良好に保つことができる。
さらに、刃先部の先端逃げ面については、ポリッシュ加工を施さないで、比較的面粗さの大きいままの状態にしておくことにより、被削材へ食い付くときの刃先部の振れを生じさせず、その食い付きを安定させることが可能となるので、刃先部を軸線方向の先端側へ押し込んでいくときのスラスト力を小さく抑制することができるとともに、加工穴の入口付近の内壁面粗さを不用意に悪化させてしまうようなことがない。
【００１２】
このとき、ポリッシュ加工が施されている部分の表面粗さＲａ、つまり、少なくとも切屑排出溝の内周面及びマージン部の表面についての表面粗さＲａは、切屑排出抵抗の増大防止効果及び加工穴の内壁面粗さの悪化防止効果や、ポリッシュ加工にかかる手間などを考慮すると、０．１μｍ〜０．４μｍの範囲に設定されていることが好ましい。
また、ポリッシュ加工が施されていない部分の表面粗さＲａ、つまり、少なくとも刃先部の先端逃げ面についての表面粗さＲａは、刃先部が被削材に食い付くときにおける刃先部の振れ防止効果を考慮すると、０．５μｍ以上に設定されていることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
本実施形態によるドリルのドリル本体１０は、図１に示すように、超硬合金等の硬質材料により軸線Ｏを中心とした略円柱状に形成されており、その後端側部分が工作機械の回転軸に把持されるシャンク部１１とされるとともに、先端側部分が刃先部１２とされている。
【００１４】
刃先部１２の外周には、この刃先部１２の先端に位置する先端逃げ面１３から軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい一定のねじれ角でドリル回転方向Ｔ後方側にねじれる一対の切屑排出溝１４，１４が、軸線Ｏに対して対称に形成されている。
これら切屑排出溝１４，１４の内周面１５，１５におけるドリル回転方向Ｔ前方側を向く部分の先端側がすくい面１６，１６とされていて、すくい面１６，１６と先端逃げ面１３との交差稜線部にそれぞれ切刃１７，１７が形成されている。
【００１５】
刃先部１２の先端逃げ面１３は、図２に示すように、すくい面１６，１６が交差することによって切刃１７，１７がドリル回転方向Ｔ前方側の稜線部に形成された第一逃げ面１３Ａ，１３Ａと、これら第一逃げ面１３Ａ，１３Ａのドリル回転方向Ｔ後方側に連なる第二逃げ面１３Ｂ，１３Ｂとから構成された多段面状をなしていて、切刃１７，１７には、後述するシンニング面１８，１８も含めてドリル回転方向Ｔ後方側に向かうにしたがい多段的に大きくなるような逃げが与えられている。
さらに、この先端逃げ面１３は、内周側から外周側に向かうにしたがい刃先部１２の後端側に向けて傾斜させられており、切刃１７，１７に所定の先端角が付されるようになっている。
【００１６】
なお、先端逃げ面１３における第二逃げ面１３Ｂ，１３Ｂには、ドリル本体１０の内部で、シャンク部１１から軸線Ｏ方向の先端側へ向かって、切屑排出溝１４，１４と同様に、軸線Ｏ回りにねじれつつ延びる一対のクーラント穴１０Ａ，１０Ａがそれぞれ開口させられており、切削加工の際には、このクーラント穴１０Ａ，１０Ａから切削部位にクーラントが供給される。
【００１７】
また、切屑排出溝１４の内周面１５の先端側には、この内周面１５におけるドリル回転方向Ｔ前方側を向く部分であるすくい面１６の内周側領域からドリル回転方向Ｔ後方側を向く部分の全領域までの先端逃げ面１３（第一逃げ面１３Ａ及び第二逃げ面１３Ｂ）との交差稜線部分を、刃先部１２の後端側に向かうにしたがい切屑排出溝１４の内側に向けて切り欠くようにして、ランド部１９にまで達するようなシンニング面１８が形成されている。
これにより、切刃１７の内周端側は、このシンニング面１８と第一逃げ面１３Ａとの交差稜線部に形成されて、内周側に向かうにしたがい先端逃げ面１３の中心に位置する軸線Ｏに向けて延びるシンニング切刃部１７Ａとされている。
【００１８】
ここで、刃先部１２における一対の切屑排出溝１４，１４を除く外周面、すなわち刃先部１２におけるランド部１９は、切屑排出溝１４の内周面１５におけるドリル回転方向Ｔ前方側を向く部分の外周側稜線部に交差して、軸線Ｏを中心とした断面略円弧状をなすマージン部２０と、このマージン部２０のドリル回転方向Ｔ後方側に連なり、マージン部２０の断面がなす円弧よりも一段小さい外径を有する軸線Ｏを中心とした断面略円弧状をなす二番取り面２１とから構成されている。
【００１９】
また、これらマージン部２０と二番取り面２１は、切屑排出溝１４と同様に、先端逃げ面１３に交差する部分から軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがいドリル回転方向Ｔ後方側にねじれるようにして、刃先部１２の軸線Ｏ方向での略全長に亘って形成されている。
なお、マージン部２０及び二番取り面２１には、バックテーパが与えられていてもよい。
【００２０】
そして、本実施形態においては、ドリル本体１０における刃先部１２の表面全体、すなわち、刃先部１２の外周面であるランド部１９（マージン部２０及び二番取り面２１）の表面、切屑排出溝１４の内周面１５、シンニング面１８及び先端逃げ面１３などの刃先部１２の表面全体に対して、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の１種または複数種の硬質皮膜が被覆されている。
さらに、硬質皮膜が被覆された刃先部１２の表面において、ランド部１９におけるマージン部２０の表面、切屑排出溝１４の内周面１５及びシンニング面１８に対して、例えばダイヤモンド粒子等の硬質粒子を含んだペーストをブラシに塗布して磨いたりすることによって、ポリッシュ加工が施されている（ポリッシュ加工を施した部分は、図中斜線で示してある）。
【００２１】
そのため、これらマージン部２０の表面、切屑排出溝１４の内周面１５及びシンニング面１８についての表面粗さＲａがそれぞれ、Ｒａ＝０．１μｍ〜０．４μｍの範囲に設定され（ポリッシュ加工を施す前の状態では、Ｒａ＝０．５μｍ〜１．０μｍ）ているのであり、これらのポリッシュ加工が施された部分の表面が滑らかになっている。
一方、ポリッシュ加工が施されていない刃先部１２の先端逃げ面１３及びランド部１９における二番取り面２１についての表面粗さＲａはそれぞれ、Ｒａ＝０．５μｍ〜１．０μｍの範囲に設定されている。
なお、本実施形態で用いられる表面粗さＲａ〔μｍ〕とは、ＪＩＳＢ０６０１−１９９４に規定される算術平均粗さのことを示している。
【００２２】
上述のような構成とされた本実施形態のドリルは、刃先部１２の表面全体が硬質皮膜で被覆されていることにより、ポリッシュ加工が部分的に施されているとはいえ、この硬質皮膜の存在によって、従来と変わらず耐摩耗性の優れたものとなっている。
【００２３】
また、刃先部１２の表面全体に対して硬質皮膜が施された後に、この硬質皮膜によって比較的面粗さが大きくなりがちとなる切屑排出溝１４の内周面１５及びシンニング面１８にポリッシュ加工が施されることによって、これら切屑排出溝１４の内周面１５及びシンニング面１８は、表面粗さの小さい（Ｒａ＝０．１μｍ〜０．４μｍ）滑らかなものとなっているので、シンニング切刃部１７Ａを含む切刃１７によって生成される切屑が、シンニング面１８及びすくい面１６から切屑排出溝１４の内周面１５を摺接しつつ後端側に送り出されていくときの摩擦抵抗を小さくすることができている。
このように、切屑排出抵抗を小さくすることができているため、切屑詰まりの発生を防止して、切屑を円滑に加工穴から排出することが可能となり、切屑詰まりに起因する刃先部１２の折損などが生じることもなく、確実かつ安定した穴明け加工を継続していくことができる。
【００２４】
さらに、同じく硬質皮膜によって比較的面粗さが大きくなりがちとなるランド部１９におけるマージン部２０の表面にもポリッシュ加工が施されることによって、このマージン部２０は、表面粗さの小さい（Ｒａ＝０．１μｍ〜０．４μｍ）滑らかなものとなり、形成される加工穴の内壁面に接触して刃先部１２をガイドするときであっても、加工穴の内壁面を荒らしてしまうようなことがない。
それゆえ、加工穴の内壁面との摩擦によってマージン部２０の表面粗さが小さくなるという現象が生じていない切削初期段階においても、加工穴の内壁面粗さを小さく良好に保つことができる。
【００２５】
ここで、硬質皮膜が被覆された後にポリッシュ加工が施された部分（少なくとも切屑排出溝１４の内周面１５及びマージン部２０の表面、本実施形態では、切屑排出溝１４の内周面１５、マージン部２０の表面及びシンニング面１８）の表面粗さＲａを０．１μｍ〜０．４μｍの範囲に設定しているが、これは、表面粗さＲａを０．１μｍより小さく設定すると、ポリッシュ加工を施すために多大な労力と時間を要するおそれがあり、逆に、表面粗さＲａを０．４μｍよりも大きく設定すると、切屑排出抵抗を低減したり、加工穴の内壁面粗さを向上させたりすることができなくなるおそれがあるからである。
なお、このようなおそれを確実になくすためには、ポリッシュ加工が施された部分の表面粗さＲａは、０．２μｍ〜０．３μｍの範囲に設定されることが好ましい。
【００２６】
そして、刃先部１２の先端逃げ面１３については、ポリッシュ加工を施さず、硬質皮膜が被覆されただけの状態で、比較的面粗さの大きい（Ｒａ＝０．５〜１．０μｍ）ままにしておくことにより、刃先部１２が被削材へ食い付くときには、軸線Ｏ回りに回転されるドリル本体１０の回転にともなう刃先部１２の振れを生じさせず、その食い付きを安定させることが可能となっている。
したがって、刃先部１２を軸線Ｏ方向の先端側へ押し込んでいくときのスラスト力を上昇させず小さく抑制することができるとともに、形成される加工穴の入口付近の内壁面粗さを不要意に悪化させるようなこともない。
【００２７】
ここで、硬質皮膜が被覆された後にポリッシュ加工が施されない部分（少なくとも先端逃げ面１３、本実施形態では、先端逃げ面１３及び二番取り面２１）の表面粗さＲａを０．５μｍ以上に設定しているが、これは、表面粗さＲａを０．５μｍより小さく設定すると、刃先部１２が被削材に食い付くときにおける刃先部１２の振れを防止する効果を得られなくなってしまうおそれがあるからである。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の一例である実施例（刃先部の表面全体に硬質皮膜を被覆した後に、切屑排出溝の内周面とマージン部の表面に対してポリッシュ加工を施し、かつ、先端逃げ面にはポリッシュ加工を施していないドリル）と、従来例（刃先部の表面全体に硬質皮膜を施しただけのドリル）と、比較例（刃先部の表面全体に硬質皮膜を施した後に、この刃先部の表面全体に対してポリッシュ加工を施したドリル）とを用いて、穴明け加工試験を行い、正味切削動力・トルク・スラストを測定した。その結果を図３に示す。
なお、切削条件等は、被削材：炭素鋼テストピース（Ｓ５０Ｃ）、切削速度：１２０ｍｍ／ｍｉｎ、送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、クーラント：エマルジョン（濃度１０％）である。
【００２９】
図３に示すように、従来例においては、刃先部が被削材に食い付くときに、刃先部の振れが生じることなく、スラスト力を小さくすることができた（図３における符合Ａ）ものの、切屑排出抵抗が増大して、切屑詰まりを生じさせてしまった（図３における符合Ｂ，Ｃ）。
また、比較例においては、切屑排出抵抗を低減できて、切屑詰まりの発生はなかった（図３における符合Ｄ，Ｅ）ものの、刃先部が被削材に食い付くときに、刃先部の振れが生じて、スラスト力を増大させてしまった（図３における符合Ｆ）。
これら従来例及び比較例に対して、本発明の一例である実施例は、切屑排出抵抗を低減できて、切屑詰まりを発生させることがなく（図３における符合Ｇ，Ｈ）、かつ、刃先部が被削材に食い付くときにも、刃先部の振れを生じさせず、スラスト力を小さくすることができている（図３における符合Ｉ）のが分かる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、硬質皮膜を刃先部の表面に被覆することで、その耐摩耗性の向上を図る効果を得つつも、生成される切屑が摺接する切屑排出溝の内周面をポリッシュ加工によって面粗さの小さい滑らかなものとしたことにより、切屑排出抵抗を減少させて切屑詰まりの発生を防ぎ、かつ、形成される加工穴の内壁面に接触することになるマージン部の表面を同じくポリッシュ加工によって面粗さの小さい滑らかなものとしたことにより、この加工穴の内壁面粗さを小さく良好に保つことができる。
しかも、刃先部の先端逃げ面については、ポリッシュ加工を施さず、比較的面粗さの大きいままの状態にしておくことにより、被削材へ食い付くときの刃先部の振れを生じさせず、その食い付きを安定させることが可能となるので、刃先部を軸線方向の先端側へ押し込んでいくときのスラスト力を小さく抑制することができるとともに、加工穴の入口付近の内壁面粗さを不用意に悪化させてしまうようなことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるドリルを示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態によるドリルを示す先端面図である。
【図３】本発明のドリルの効果を実証するための穴明け加工試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ドリル本体
１２刃先部
１３先端逃げ面
１４切屑排出溝
１５内周面
１６すくい面
１７切刃
１８シンニング面
１９ランド部
２０マージン部
２１二番取り面

Claims

軸線回りに回転されるドリル本体の先端側部分である刃先部の外周に後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝の内周面に形成されたすくい面と前記刃先部の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルにおいて、
前記刃先部の表面に硬質皮膜が被覆されているとともに、
少なくとも前記切屑排出溝の内周面と前記刃先部のランド部に形成されたマージン部の表面とに対してはポリッシュ加工が施されていて、かつ、少なくとも前記刃先部の先端逃げ面に対してはポリッシュ加工が施されていないことを特徴とするドリル。
請求項１に記載のドリルにおいて、
前記ポリッシュ加工が施されている部分の表面粗さＲａが、０．１μｍ〜０．４μｍの範囲に設定されていることを特徴とするドリル。
請求項１または請求項２に記載のドリルにおいて、
前記ポリッシュ加工が施されていない部分の表面粗さＲａが、０．５μｍ以上に設定されていることを特徴とするドリル。